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XX Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XX-SPES), Tacna, 11-15.11.2013

EFECTOS DEL PASO DEL HURACÁN SANDY SOBRE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS EN CUBA

José Emilio Camejo Cuán – email: [email protected]én Ramos Heredia – email: [email protected]

Centro de Investigaciones de Energía Solar. CIES. Cuba

Resumen. El presente trabajo expone las experiencias de los impactos ocasionados por el Huracán "Sandy" a su paso por el oriente de Cuba, en tres instalaciones fotovoltaicas instaladas por el Centro de Investigaciones de Energía Solar (CIES). Las instalaciones se encuentran ubicadas una en la sede del propio CIES (Municipio Santiago de Cuba) y las otras dos en las comunidades rurales de "Santamaría del Loreto" y "El Triunfo" (Municipio Songo – La Maya), todas en la provincia de Santiago de Cuba.

Atendiendo a que informaciones referentes al comportamiento de los Sistemas Fotovoltaicos (SFV) frente a eventos meteorológicos de mediana y gran intensidad son muy poco divulgados dentro del gremio Fotovoltaico, nos hemos propuesto presentar las lecciones aprendidas y que sirva como referente fundamentalmente a países ubicados en zonas donde estos eventos son frecuentes.

Palabras-clave: Sistemas Fotovoltaicos, Energía Solar

I. INTRODUCCIÓN

Uno de los principales problemas que enfrentan los SFV ubicados en zona tropical, es la posibilidad de preservarlos en el menor tiempo posible ante la presencia de eventos meteorológicos como es el caso de los huracanes, sobre todo, cuando se categorizar estos eventos entre median y gran intensidad. Esta situación se hace más difícil cuando estos sistemas se encuentran situados en lugares remotos y de difícil acceso.

Muy poco se ha reportado en la literatura mundial sobre el tema y es importante ir acumulando las experiencias y lecciones aprendidas ante la presencia de estos eventos meteorológicos, si tenemos en cuentas el acelerado incremento de instalaciones tanto autónomas como de inyección a la red que se vienen realizando en los últimos años en países ubicados en esta zona.

Este trabajo presenta el impacto de un evento de este tipo en tres SFV instalados en Cuba y monitoreado por el CIES, así como, su repercusión en las partes y componentes. De los tres sistemas, dos son autónomos centralizados (ubicados en el macizo montañoso de "La Sierra Maestra", al norte de la provincia de Santiago de Cuba) y uno de conexión a red, ubicado en el polígono experimental del CIES, al sur de la provincia de Santiago de Cuba.

El huracán "Sandy", impactó la costa sur de la provincia de Santiago de Cuba con categoría entre II y III, a aproximadamente la 1:15 A.M del día 25 de Octubre del 2012. Los vientos máximos sostenidos registrados fueron de 175 km/h y la velocidad de traslación de 22 km/h, con rachas máximas de vientos que estuvieron en el orden de los 190 y 250 km/h, según datos reportados en la Estación Meteorológica de montaña "La Gran Piedra" y la del Aeropuerto Internacional "Antonio Maceo", distantes ambas a aproximadamente 15 km y 7 Km, respectivamente, de las instalaciones del CIES. El tiempo de permanencia sobre la ciudad fue de 3.45 hrs.

mailto:[email protected]

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En la sede del CIES existe una estación meteorológica que colapsó durante el huracán (Fig.1). La misma mientras se mantuvo en funcionamiento registró rachas de viento de hasta 164 km/h.

a) b)

Figura 1. Estación meteorológica del CIES: a) antes, b) después del huracán

2. DESARROLLO

Central Fotovoltaica Santamaría del Loreto

La Comunidad Rural “Santamaría del Loreto”, constituye uno de los tres asentamientos que ocupan la meseta del mismo nombre, ubicada aproximadamente a 650 m sobre el nivel del mar, en el macizo montañoso de la “Sierra Maestra”, Municipio Songo-La Maya, Provincia Santiago de Cuba. Ella se encuentra distante aproximadamente 60 Km de la capital provincial. El acceso se realiza a través de un difícil camino de montaña de aproximadamente 11 Km, hasta la carretera Santiago-Guantánamo, por donde pasa el Sistema Electroenergético Nacional (SEN).

En esta comunidad, se encuentra instalada, desde el año 1997, una Central fotovoltaica, con un generador de potencia nominal inicial de 11 kWp que en el 2009 se le incrementó 6 kWp para alcanzar una potencia total de 17 kWp. El sistema beneficia con servicio eléctrico para diferentes usos a alrededor de 200 pobladores.

El generador fotovoltaico (FV) está formado por dos arreglos FV, el primero compuesto por 100 módulos FV modelo A-110 (ATERSA) con una potencias de 11 kWp y el segundo por 40 módulos FV modelo IS-150 (ISOFOTON S.A.) con potencia de 6 kWp.

En el primer arreglo FV, los módulos están dispuestos en dos grupos (cada grupo conformado por 5 mesas) y con un ángulo de inclinación de 20°. Los módulos FV están dispuestos en cada mesa en dos hileras de 5 módulos FV cada uno, en posición no apaisada y fijos a la estructura a través de dos largueros de acero galvanizado. Los módulos se fijaron a la estructura con remaches de 4 mm.

La estructura soporte, Fig. 2 a), está compuesta por dos partes, un perfil único que incluye las patas delanteras y traseras, con una altura en la parte delantera de 0.80 m y en la parte trasera de 1.20 m y los largueros en los que se fijan los módulos FV. Los largueros están conformados en perfil en forma de U, de dimensiones 60x60 mm, espesor de 3 mm y de longitud 3.30 m. Se diseñó una pequeña separación entre los módulos FV, con el fin de que los mismos le ofrezcan menor resistencia a la fuerza del viento. Aunque hubo una especificación de compra que exigía soportar vientos de hasta 250 km/h, la estructura real presentó un punto débil en los largueros, que no permiten satisfacer esa especificación.

En el segundo arreglo, los módulos FV están montados en 5 mesas. Cada mesa está conformada por 4 módulos FV, dispuestos en dos hileras y en posición no apaisada. A diferencia del primer arreglo, los módulos están sujetos a los largueros de la estructura con tornillos y tuercas de 4 mm.

La estructura de soporte, Fig. 2 b), está compuesta por perfiles de acero galvanizado (vigas con perfil en U) de dimensiones 60x20 mm y espesor 5 mm, formada por tres partes independientes (patas delanteras de altura 0.80 m, patas traseras de (altura 1.20 m y los tranques de sujeción de las patas), las cuales se ensamblan a través de tornillos.


A diferencia de la estructura anterior, los largueros donde se fijan los módulos FV están conformados por perfiles en doble L, de dimensiones 40 x 20 mm y espesor 5 mm, y se colocan en la estructura soporte de forma perpendicular, lo que aumenta su resistencia mecánica frente a fuertes vientos. Este tipo de estructura, cumple con la especificación de compra que exige soportar vientos de hasta 250 km/h.

a) b)

Figura 2. Vista lateral de las estructuras de soporte de los módulos FV: Módulos FV modelo A-110 (ATERSA; b) módulos FV modelo IS-150 (ISOFOTON S.A)

Efectos del huracán

En esta instalación, las principales afectaciones y daños, se ubican en el campo de módulos FV, asociados, en lo fundamental, a la formación de turbulencias por efectos del viento, debajo de la estructura en la primera hilera del primer arreglo FV, viéndolo desde abajo hacia arriba, que provocó la torsión de los largueros de sujeción o bastidor, sometiendo a torsión por encima de los permisible a 19 módulos FV los que quedaron prácticamente inservibles por las roturas que sufrieron. El resto de la instalación no sufrió daño de esta índole (Fig. 3, a) y b).

a) b)

Figura 3. Imagen que muestra la situación en que quedó la Central FV luego del huracán: a) Vista de la primera hilera de módulos FV destruida por el huracán; b) Vista del resto del SFV no dañado

Antes del huracán los módulos presentaban delaminación de la capa posterior, particularmente importante en los espacios no cubiertos por las células solares, que existen en la confluencia de sus esquinas (debido a los bordes


redondeados característicos de las células de silicio monocristalino). El huracán agravó la delaminación, que ahora es visible en espacios más amplios y que incluso provocó el desprendimiento de 9 cajas de conexión (Fig. 4, a) y b).

a) b)

Figura 4. Parte trasera campo fotovoltaico donde se observan: a) Desprendimiento de las cajas de interconexión; b) acrecentamiento del desprendimiento del Tedlar

Por efecto de los vientos y la caída de árboles, también sufrió daño el tendido eléctrico, ya que fue derribado en algunos lugares lo que no tuvo un efecto apreciable.

A pesar de los daños, la instalación no salió de operación, aunque existieron restricciones en el servicio eléctrico.

Central Fotovoltaica “El Triunfo”

La Comunidad Rural “El Triunfo”, forma parte del asentamiento que ocupa la meseta de “Santamaría del Loreto”, distante aproximadamente 2 Km, de la comunidad rural “Santamaría del Loreto”. La central “El Triunfo”, se instaló en el año 2005, con una potencia de generación de 4.8 kWp, beneficiándose de un servicio eléctrico alrededor de 60 pobladores.

El generador FV, (fig. 5 a), está conformado por un arreglo de 48 módulos FV del tipo I-100/12V, fabricados por ISOFOTON, S.A y están dispuestos en 4 mesa, cada una con dos hileras de 6 módulos FV en posición no apaisada. Los módulos FV están sujetos a la estructura con tornillos de 4 mm.

La estructura, Fig. 5 b), es muy similar a la anterior de ISOFOTON S.A., con la diferencia de que los largueros que conforman el bastidor donde se fijan los módulos FV están conformados por vigas en U, de forma perpendicular, aumentando su resistencia mecánica. Esta estructura, cumple con los requisitos exigidos para soportar vientos de 250 km/h.


a) b)

Figura 5. Vista de la Central FV de la Comunidad Rural "El Triunfo": a) Generador FV; b) Estructura de soporte


La instalación como tal, no sufrió daños relacionados con la estructura y los módulos FV. La principal afectación estuvo relacionada con el error humano, ya que el operario a pesar de conocer que en estos casos debe desconectarse totalmente el sistema, lo dejó funcionando trayendo como consecuencias que colapsara el Inversor CD/CA (modelo TAURO BC5048), debido a cortocircuitos en las líneas de consumo de CA, producto de la caída del tendido eléctrico, (Fig. 6) provocando daños irreparables en el bloque de circuito de potencia, dañando los MOSFET (Fig. 7).

Ante esta situación la central FV quedó fuera de operación por la rotura del inversor de CD/CA y no contarse con repuesto.

Figura 6. Tendido eléctrico Figura 7. Circuito de potencia

Sistema de Conexión a Red

Esta instalación fotovoltaica de conexión a red de 7.5 kWp, Fig. 8, se encuentra ubicada en el polígono experimental del CIES. Está formada por 30 módulos FV modelos HELIENES de 250 Wp. Los módulos están dispuestos en 3 mesa, cada una con 5 módulos dispuestos en dos hileras y en posición no apaisada.

Esta estructura de soporte es modular, con una inclinación de 20°, Fig. 9, conformada por perfiles de aluminio rectangulares de dimensiones 0.065 x 0.035 m, permiten soportar dos filas de 15 módulos FV, cada uno en posición no apaisada. Está formada por las patas delanteras y traseras, además de cuatro barras de largueros, compuestas por dos


barras de 6 metros y una de 3.2 metros, para un total de 15.2 metros, suficiente para el anclaje de los 15 módulos FV por filas. Además, está provista de tirantes diagonales que evitan los desplazamientos en lateral de la estructura, lo cual permite una mayor rigidez.

La sujeción de los módulos en los largueros, se realiza por los marcos laterales de aluminio de módulo, mediante pinzas que tiene forma de T con doble pata y que están montadas con un tornillo, se colocan entre cada dos módulos de forma tal que el eje de apriete siga siendo el eje del tornillo, lo cual da una mayor sujeción y seguridad a los módulos, además permiten dar una separación adecuada entre módulos, facilitando una mejor alineación. Este tipo de estructura, a nuestro criterio, por su modularidad, solidez y configuración, es la que más se adapta a nuestras condiciones meteorológicas, además de su fácil arme, desarme y transportación.

Figura 8. Sistema conexión a red ubicado en el CIES Figura 9. Estructura de perfil de aluminio


La instalación no sufrió daños. La estructura y módulos, soportaron vientos y rachas de 164 km/h, medidos por la Estación Actinométrica, instalada en el polígono del CIES, hasta su derribo por la fuerza de los vientos y muy probable de mayor magnitud, si tenemos en cuenta las afectaciones y daños ocurridos, en el perímetro de los alrededores del CIES, por el azote del huracán.

3. CONCLUSIONES

1. En los países tropicales, donde son frecuentes huracanes de mediana y gran intensidad, los cuales se acrecientan producto a los cambios climáticos, es importante diseñar los sistemas con potencia apreciable (difícil de desmontar en tiempo breve), de manera tal que puedan soportar rachas de vientos en el entorno de los 200 a 250 Km/h.

2. En muchos casos, la vitalidad de los SFV está determinado por el grado de compromiso y responsabilidad de los operarios de los mismos, ya que garantizan el cumplimiento de los procedimientos y normas establecidas para evitar daños en caso de eventos meteorológicos.

4. AGRADECIMIENTOS

Agradecemos los comentarios del profesor Eduardo Lorenzo del Instituto de Energía Solar, de la Universidad Politécnica de Madrid, España, que han resultado muy valiosos para la elaboración de este artículo.


EFFECTS OF THE SANDY HURRICANE PASSING ON PHOTOVOLTAIC SYSTEMS IN CUBA

Abstract. The experiences of the impacts caused by Hurricane "Sandy" as it passes through the east of Cuba, on three photovoltaic systems installed by the Centro de Investigaciones de Energía Solar (CIES) is describes in this paper. The facilities are located one at the headquarters of one CIES (Municipality Santiago de Cuba) and the other two in rural communities "Santamaria del Loreto" and "El Triunfo" (Municipality Songo - La Maya), all in the province of Santiago de Cuba.

Considering that information concerning the behavior of the Photovoltaic Systems (SFV) versus meteorological events of middle and high intensity are not very widely distributed within the guild Photovoltaic, we have proposed to provide lessons learned and serve as referring primarily located in areas of countries these events are common.

Key words: Photovoltaic Systems, Solar Energy

efectos del paso del huracÁn sandy sobre ......esta estructura de soporte es modular, con una...

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